Energieformen. Energieformen Umwandelbarkeit und Wertigkeit der Energie Prinzip der Wärmekraftmaschine und der Wärmepumpe

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1 Energieformen Energieformen Umwandelbarkeit und Wertigkeit der Energie Prinzip der Wärmekraftmaschine und der Wärmepumpe

2 Was Sie erwartet Verschiedene Energieformen Umwandlung von Energieformen Wertigkeit der Energie: Anergie, Exergie Prinzip der Wärmekraftmaschine und Prinzip der Wärmepumpe

3 Warum diese Inhalte Um Energieeinsparpotentiale zu erkennen, ist es wichtig zu wissen, dass in der Erwärmung (und Kühlung) von Masse (Wasser, Gebäude,..) viel Energiemenge steckt. Für die Entscheidung über Einsatz verschiedener Energieträger ist es wichtig, deren Wertigkeit zu kennen, und welcher Energieträger am besten wo eingesetzt wird. Es soll erkannt werden, dass Strom ein sehr hochwertiger Energieträger ist, und sehr sorgsam eingesetzt werden soll. Die Gemeinde könnte sich für die Errichtung eines Heizwerkes oder einer Kraft-Wärme-Kopplungsanlage entscheiden. Sie sollen wissen, was der Unterschied ist.

4 Verschiedene Energieformen Potentielle Energie: Energie eines Körpers aufgrund seiner Lage im Gravitationsfeld der Erde Kinetische Energie: Bewegungsenergie Innere Energie: ungeordnete Bewegungsenergie der Moleküle, Temperatur eines Körpers Chemische Energie: Bindungsenergie zwischen Atomen Elektrische Energie: Energie einer Ladung aufgrund ihrer Lage im elektrischen Feld Kernenergie: Bindungsenergie zwischen Kernteilchen

5 Physikalische Energieformen Potentielle Energie E = m * g * h Kinetische Energie Innere Energie E = m*v²/2 U ~ T Q = m * c * ΔT

6 Ein Rätsel zum Thema Energie Die notwendige Energiemenge, um 1 kg auf die Höhe von 427 m zu befördern entspricht der Energie, die einem 1 kg mit der Geschwindigkeit von 329 km/h innewohnt.

7 Ein Rätsel zum Thema Energie? Welche Temperaturerhöhung kann mit dieser Energie bei einem Liter Wasser erreicht werden?

8 Ein Rätsel zum Thema Energie von 20 C auf 21 C

9 1 kwh kann: 1 Tonne um 376 m heben oder 1 Tonne auf 282 km/h beschleunigen oder 1 m³ Wasser um ca. 1 C erwärmen 1 kwh steckt in 0,1 Liter Erdöl 0,24 kg Holz 0,1 m³ Erdgas

10 1 kwh kann: 5 kg 15

11 Energieumwandlung kin pot Elektr. E. Innere E. Chem. E. Strahlun gse. Kin. E. ~ 100% ~100% ~100% ~100% Pot. E. ~100% ~100% 85% Wasserkrw Reibung Elektr. E. 93% Elektromotor 80% Pumpspeicher krw ~100% Elektrowiderstand 72% Akku, Wasserdiss oziation 20% Leuchtstoffröhr e Innere E. 47% Dampfturbine 7% Thermozelle 3% Glühbirne Chem. E. 30% Muskel 90% Batterie ~100% Verbrennung Strahlu ngse. 12% Photovoltaik ~100% Sonnenkollektor

12 Hauptsätze, Entropie 1. Hauptsatz der Wärmelehre: die Gesamtenergie bleibt erhalten 2. Hauptsatz der Wärmelehre: Systeme gehen immer in den Zustand mit größter Wahrscheinlichkeit über Die Entropie ist eine Größe für die Ungeordnetheit eines Systems. Ohne Energiezufuhr von außen wird die Entropie in Systemen immer größer.

13 Energieumwandlung Wärmekraftmaschine Wärmekraftmaschinen können mittels einer Temperaturdifferenz Arbeit verrichten. Es kann jedoch nicht die gesamte Energiemenge, die in der Temperaturdifferenz steckt, in Arbeit umgewandelt werden. Der Rest ist Abwärme. Der Wirkungsgrad kann höchstens den Wert des Carnot schen Wirkungsgrades annehmen, und dieser ist: 3 Teile Brennstoff 1 Teil elektr. Energie 2 Teile Abwärme Der in Arbeit umwandelbare Anteil der (Wärme-) Energie heißt Exergie, der nicht umwandelbare Anteil Anergie

14 Erzeugung von elektrischer Energie und Wärme Kalorisches Kraftwerk KW 100 % Brennstoff. 35 % Strom. 65 % Verlust Heizwerk HW (Biomasse-Heizwerk, Biomasse-Nahwärme) 100 % Brennstoff 85 % Fern-/Nahwärme 15 % Verlust Heizkraftwerk HKW (Kraft-Wärme-Kopplungsanlage, KWK) 100 % Brennstoff 30 % Strom 55 % Fern-/Nahwärme 15 % Verlust

15 Energieumwandlung Wärmepumpe Der Leistungsziffer beträgt höchstens: T2 T2 T T T 2 1

16 Kernaussagen In der Wärmeenergie steckt eine große Energiemenge. Verschiedene Energieformen haben verschiedene Wertigkeiten. Elektrische Energie ist die höchstwertigste Endenergieform. Um elektrische Energie zu erzeugen, wird in kalorischen Kraftwerken die 2- bis 4- fache Energiemenge an Heizmaterial (Kohle, Gas, Öl, Biomasse) benötigt. Die anfallende Abwärme muss weggekühlt werden. Diese Abwärme sollte für Wärmeanwendungen (Raumheizung: Nah- und Fernwärme) eingesetzt werden. Diese Anlagen sind Kraft-Wärme- Kopplungsanlagen. Elektrische Energie soll daher sinnvoll eingesetzt werden: z. B. für den Antrieb von Motoren, auch für effiziente Wärmepumpen. Nicht für Elektro-Direktbeheizung. Die Wärmepumpe macht aus elektrischer Energie ein vielfaches an Wärmeenergie. (ca. 4mal so viel). Aus energetischer Sicht ist es besonders sinnvoll, Energieträger nicht zur zu verbrennen (Heizwerk, Heizkessel), sondern auch elektrische Energie zu erzeugen (KWK-Anlagen, BHKWs).